基于DSP的数字化高频开关电源的研究

摘要

随着计算机技术及微处理器技术的发展，电子领域经历了一次迅猛的数字化浪潮。数字控制技术相比于模拟控制技术，具有诸多优势。数字信号不会随温度、器件的老化而产生漂移，数字控制可以实现非常复杂的控制算法，这些都是模拟控制技术难以实现的。微处理器丰富的外设资源以及较高的运算速度使得基于全数字控制的高频开关电源成为可能。此外，电力电子技术的发展，也大幅提升了电力开关器件的开关性能，开关上限频率越来越高，开关功耗也越来越小，这些也为高频开关电源的研制奠定了基础。
　　 首先，本文介绍了PWM开关电源的工作原理和开关电源常用的拓扑结构。重点介绍了移相全桥拓扑结构的工作原理。移相全桥拓扑结构是一种零开压开关(ZVS)DC/DC变换器，具有输出功率大，工作可靠性高等优点，本文将移相全桥拓扑结构的工作过程分为12个工作状态，并对第一步的工作状态进行了详细的说明，详述了其软开关的实现原理和实现过程，给出了状态的简化等效电路和相应的计算公式。
　　 其次，介绍了基于DSPMC56F8346的数字开关电源的硬件设计过程，将开关电源硬件电路分为功率主电路、控制电路及辅助电源电路进行了详细介绍。重点介绍了功率主电路和控制电路的设计过程，给出了变压器、输入电容、输出滤波器等电路的计算公式及设计参数，对辅助电源的设计进行了简单介绍。
　　 然后，对开关电源系统软件的设计过程进行了介绍。论文详细介绍了嵌入式软件的开发特点及交叉编译环境的搭建过程。对移相PWM的数字生方法进行了详细说明，并给出了PWM模块的配置代码。介绍了CAN总线、ADC及数字PID程序的设计过程，给出了程序流程图，给出了FlexCAN模块的初始化代码。
　　 最后，介绍了样机的调试过程，介绍了模块调试方法，给出了实验结果并对结果进行了理论分析。在论文的最后对课题进行了总结，并为课题的后续研究提出了合理化建议并提出了改进的方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 开关电源发展现状

1．3 PWM开关电源的工作原理

1．4 开关电源常用拓扑结构

1．4．1 单端反激式变换器

1．4．2 单端正激变换器

1．4．3 推挽拓扑变换器

1．4．4 全桥拓扑变换器

1．5 开关电源数字化

1．6 论文章节安排

第二章 移相全桥变换器

2．1 软开关技术

2．1．1 开关电源主要损耗来源

2．1．2 硬开关技术

2．1．3 软开关技术的原理及实现方法

2．2 移相全桥变换器工作原理

2．2．1 移相变换器的特点

2．2．2 移相变换器正半周工作过程

2．2．3 移相全桥负半周工作过程

2．3 本章小结

第三章 开关电源硬件电路设计

3．1 硬件电路系统设计

3．2 功率电路设计

3．2．1 拓扑结构选择

3．2．2 功率主电路设计

3．2．3 变压器设计

3．2．4 输入电容容量计算

3．2．5 输出滤波器设计

3．3 控制电路设计

3．3．1 主控制器选择

3．3．2 输出采样电路设计

3．3．3 MOSFET驱动电路设计

3．3．4 通信电路设计

3．4 辅助电源设计

3．5 本章小结

第四章 开关电源软件设计

4．1 软件开发流程

4．1．1 嵌入式软件开发的特点

4．1．2 交叉编译环境的搭建

4．1．3 嵌入式软件开发语言

4．1．4 嵌入式软件可靠性设计

4．1．5 标么值系统

4．2 软件结构设计

4．3 主程序设计

4．4 移相PWM信号的产生

4．4．1 56F8346 PWM模块特征

4．4．2 互补输出模式

4．4．3 非对称PWM输出

4．4．4 移相PWM的产生

4．5 CAN总线程序设计

4．5．1 CAN总线简介

4．5．2 FlexCAN模块初始化过程

4．5．3 发送和接收

4．6 ADC程序设计

4．6．1 ADC模块简介

4．6．2 工作频率选择

4．6．3 ADC程序设计

4．7 PID程序设计

4．7．1 PID控制的原理及特点

4．7．2 PID的数字化

4．7．3 PID子程序设计

4．8 本章小结

第五章 样机调试及结果分析

5．1 主电路调试

5．2 控制电路调试

5．2．1 CAN总线

5．2．2 移相PWM调试

5．3 整机调试

第六章 总结与展望

6．1 课题总结

6．2 课题存在的问题及改进建议

6．2．1 控制算法改进

6．2．2 功率因数校正

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢